Витамины, метилирование ДНК и биологические часы

Эпигенетика изучает любые явления и факторы (будь то внутри нас или в окружающей нас среде), которые изменяют в лучшую или худшую сторону тот генетический аппарат, который нам достался от природы.

Если раньше считалось, что наши гены – это константа, то сегодня ученые знают, что на протяжении жизни под влиянием внутренних и внешних воздействий структура и качество ДНК могут сильно меняться. Особенно ярко это было показано на примере однояйцевых близнецов, которые при рождении обладают абсолютно идентичными геномами, но к пожилому возрасту их ДНК могут быть все более и более непохожими друг на друга.

Взять, например, такой показатель функционального состояния ДНК, как метилирование ее структурных единиц – нуклеотидов. Как было показано в исследовании M. Fraga (Proc Natl Acad Sci USA, 2005;102:10604-09), если у близнецов в возрасте трех лет доля метилированных нуклеотидов в составе ДНК почти одинакова, то у близнецов в возрасте 50 лет этот показатель может отличаться на 30–40%.

Стоп! Метилирование ДНК – это что? Попробую объяснить в двух словах. Нашу ДНК можно представить в виде… Ну, например, в виде печатной формы, в которую наборщик закладывает кучу буквенных штампов, после чего делается оттиск газетной страницы. Отдельных букв тут, как вы понимаете, очень много, и поэтому важно не ошибиться.

Чем более пожилым становится наборщик, чем больше изнашиваются буквенные штампы, чем больше туда попадает посторонних штампов (например, из других печатных изданий), тем выше вероятность опечаток и дефектов печати в газетном оттиске.

Наша ДНК – это тоже набор разных штампов, которые называются генами. Только их в десятки тысяч раз больше, чем в любой газетной форме, и печать идет беспрерывно. Понятно, что накопление ошибок и дефектов при этом – вещь абсолютно неизбежная.

В ДНК могут появляться дефектные гены, «беглые» гены (перескакивающие из других ДНК), чуждые гены (этим грешат все вирусы, пытающие встроить свой генный материал в нашу ДНК). Все это ведет к нестабильности ДНК и ухудшению качества воспроизводимых по этой матрице клеточных структур.

Само собой, природа должна была что-то придумать для защиты от этих неприятных сюрпризов. И поскольку этот защитный механизм появился очень и очень давно (нас на Земле еще и в помине не было), он крайне прост. Стоит только появиться подозрительному гену, как наш организм «выключает» его, присоединяя к его молекулам метильную группу (соединение из одного атома углерода и трех атомов водорода).

Собственно, это и есть метилирование ДНК. Благодаря такой простой химической трансформации отдельных дефектных генов мы их намертво блокируем и защищаем себя от того опасного генетического мусора, который они могли бы наплодить.

Понятно, что такое объяснение на пальцах – крайне упрощенная картинка очень сложного процесса. В нашей ДНК разные участки и разные гены могут диаметрально отличаться по степени метилирования, а некоторые по природе своей вообще никогда не метилируются. Однако, если не вдаваться в исключительно сложные подробности, можно сказать, что в целом чем ниже степень метилирования ДНК с возрастом, тем выше риск многих дегенеративных процессов и хронических заболеваний.

Зависимость между степенью метилирования ДНК и развитием болезней, приводящих в итоге к смерти, настолько точна, что на основании этого параметра была разработана модель биологических часов (S. Horvath, Genome Biol 2015, May 13;16(1):96).

Тут, само собой, возникает вопрос: почему с возрастом эффективность метилирования, а значит, и степень защиты ДНК, может снижаться? Ну, во-первых, не только с возрастом – есть много факторов, вмешивающихся в нормальный процесс метилирования ДНК независимо от паспортных данных. Например, тяжелые металлы, этиловый спирт, стресс, токсины, вызывающие активацию окислительных процессов в организме, и т. д.

Однако с возрастом к действию этих факторов добавляются уже сугубо специфические вещи, резко ухудшающие общую картину. Например, возрастное снижение уровня половых гормонов (особенно эстрогенов) значительно замедляет общую активность реакций метилирования в организме.

Кроме того, с возрастом происходит снижение эффективности обмена многих регуляторных веществ, включая фолиевую кислоту (витамин В₉) и витамин В₁₂, которые играют ключевую роль в реакциях метилирования в целом и метилирования ДНК в частности.

Вообще-то, точные и, главное, проверенные рекомендации вы вряд ли найдете. Дело в том, что сама по себе тема эпигенетики (а уж тем более тема измерения уровня метилирования ДНК в качестве биологических часов) еще очень новая.

Тем не менее одно можно сказать точно: нарушение обмена или дефицит фолиевой кислоты, витамина В₁₂ (и в меньшей степени витамина В₆ и бетаина) однозначно нарушают обмен аминокислоты метионина, в результате которого и образуются те самые метильные группы, которые необходимы для метилирования ДНК.

Взять, к примеру, такой хорошо изученный вопрос, как возрастное повышение уровня гомоцистеина в крови. Напомню: гомоцистеин – это промежуточный продукт обмена метионина, и этот самый гомоцистеин при избыточном накоплении в крови может существенно повышать риск сердечно-сосудистых болезней (почти как холестерин).

Так вот, сегодня ни у кого не вызывает вопроса необходимость дополнительного приема перечисленных выше витаминов в высоких дозах для нормализации обмена метионина и снижения уровня гомоцистеина.

А между тем гомоцистеин это лишь верхушка айсберга, указывающая на глубокое нарушение обмена метионина с большим количеством других неприятных последствий, включая то же самое метилирование ДНК.

В общем, мы еще очень многого не понимаем в эпигенетике и процессах метилирования ДНК, но как минимум поддержание адекватного уровня фолиевой кислоты, витаминов В₁₂ и В₆ (и, возможно, бетаина) здесь крайне важно. Особенно с учетом того, что именно с возрастом обмен этих витаминов начинает сильно страдать.